論文の概要: Universal tradeoff relations between resource cost and irreversibility of channels: General-resource Wigner-Araki-Yanase theorems and beyond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.23760v1
• Date: Thu, 31 Jul 2025 17:48:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-01 17:19:10.140468
• Title: Universal tradeoff relations between resource cost and irreversibility of channels: General-resource Wigner-Araki-Yanase theorems and beyond
• Title（参考訳）: 資源コストとチャネルの不可逆性の間の普遍的トレードオフ関係:Wigner-Araki-Yanase定理以降
• Authors: Hiroyasu Tajima, Koji Yamaguchi, Ryuji Takagi, Yui Kuramochi,
• Abstract要約: 任意のチャネルに対するエネルギーコストと不可逆性の間に普遍的な関係を示す。 我々は、エネルギーエラーのトレードオフを、自由エネルギーと労働コストにまで広げる。 これらの発見は、量子性と不可逆性の間の普遍的な関係を明らかにしている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Quantum technologies offer exceptional -- sometimes almost magical -- speed and performance, yet every quantum process costs physical resources. Designing next-generation quantum devices, therefore, depends on solving the following question: which resources, and in what amount, are required to implement a desired quantum process? Casting the problem in the language of quantum resource theories, we prove a universal cost-irreversibility tradeoff: the lower the irreversibility of a quantum process, the greater the required resource cost for its realization. The trade-off law holds for a broad range of resources -- energy, magic, asymmetry, coherence, athermality, and others -- yielding lower bounds on resource cost of any quantum channel. Its broad scope positions this result as a foundation for deriving the following key results: (1) we show a universal relation between the energetic cost and the irreversibility for arbitrary channels, encompassing the energy-error tradeoff for any measurement or unitary gate; (2) we extend the energy-error tradeoff to free energy and work costs; (3) we extend the Wigner-Araki-Yanase theorem, which is the universal limitation on measurements under conservation laws, to a wide class of resource theories: the probability of failure in distinguishing resourceful states via a measurement is inversely proportional to its resource cost; (4) we prove that infinitely many resource-non-increasing operations in fact require an infinite implementation cost. These findings reveal a universal relationship between quantumness and irreversibility, providing a first step toward a general theory that explains when -- and how -- quantumness can suppress irreversibility.
• Abstract（参考訳）: 量子技術は例外的な - 時には魔法に近い - スピードとパフォーマンスを提供するが、量子プロセスはすべて物理的なリソースを必要とする。 したがって、次世代の量子デバイスを設計することは、次の問題の解決に依存する: 望ましい量子プロセスを実装するために、どのリソースとどの量が必要か? 量子資源理論の言語でこの問題を論じると、普遍的なコスト可逆性トレードオフ(英語版)が証明される: 量子プロセスの不可逆性が小さくなるほど、その実現に必要なリソースコストが大きくなる。 トレードオフ法則は、エネルギー、魔法、非対称性、コヒーレンス、熱性など幅広い資源を保有しており、あらゆる量子チャネルの資源コストに低い限界をもたらす。 この結果は,(1)エネルギーコストと任意のチャネルに対する不可逆性との間の普遍的な関係を示す,(2)エネルギーエラーのトレードオフを自由エネルギーと作業コストに拡張する,(3)保存法の下での計測の普遍的な制限であるウィグナー・アラキ・ヤネーゼの定理を幅広い資源理論に拡張する,(4)資源コストに逆比例して資源状態の識別が失敗する,(4)無限に多くの資源非増加操作は,実際に無限の実装コストを必要とすること,の証明である。 これらの発見は、量子性と可逆性の間の普遍的な関係を明らかにし、量子性がいつ、どのように可逆性を抑制するかを説明する一般的な理論への第一歩となる。

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